[发明专利]一种半导体激光发射器

说明书

本发明提供一种半导体激光器，其特征在于，包括：第一DBR层，第二DBR层，配置于所述第一DBR层与所述第二DBR层之间的量子阱有源区；还包含降低寄生电容特性的出光限制孔，本发明将现有技术的氧化限制孔变换为降低寄生电容特性的出光限制孔，例如采用空气、氮气等等气体作为出光限制孔的填充材料，如此通过与现有技术的氧化限制孔相比，本发明材料的介电常数仅为氧化物的1/4，因此按照寄生电容的计算公式，通过本发明的方案可以从最底层的设计中在相同的限制孔尺寸下将氧化限制孔的寄生电容减小为原来的1/4，这样对于TOF激光测距中的需要高功率和快的调制速率场景适应将非常有用。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种半导体激光发射器。

背景技术

半导体类型的激光器，由于其出色的可控性能，并且非常容易实现阵列型的集成化设计，被越来越多地利用在各个探测过程中，通过对于电压等特性的控制也能比较方便地实现激光参数的调整，对于整个系统而言是非常有利的，半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管(LD)，是20世纪60年代发展起来的一种激光器。半导体激光器的工作物质有几十种，例如砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)等，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器的优点主要包含以下几个方面：1)体积小、重量轻。2)可注入激励：仅用几伏的电压注入毫安级的电流就能够驱动。除电源装置以外不需要其它的激励设备和部件。电功率直接变换成光功率，能量效率高。3)波长范围宽：适当的选择材料和合金比，在红外和可见光很宽的波长范围内能够实现任意波长的激光器。4)可直接调制：把信号重叠在驱动电流上，在直流到G赫兹范围内，可以调制振荡强度、频率和相位。5)相干性高：用单横模的激光器可以得到空间上相干性高的输出光。在分布反馈型(DFB)和分布布拉格反射型(DBR)激光器中能够得到稳定的单纵模激射，得到时间上的高相干性等等优势。

目前应用较多的一种半导体激光器为表面发射半导体激光器，与传统的边缘发射报道提激光器相比也具有许多的优势，而在表面发射型半导体激光器中垂直腔表面发射激光器VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers)因其本身低阈值、圆形光束、易耦合和易二维集成其同时具有边模抑制比高、阈值低、体积小、易于集成、输出功率高等优点，成为光电子领域研究的热点。在光纤通讯系统中，动态单模工作的长波长垂直腔面发射激光光源是不可缺少的关键性元件。主要用于中距离和长距离高速数据通讯和光互连、光并行处理、光识别系统，在城域网和广域网中都有着重要的应用。

垂直腔表面发射激光器VCSEL基本结构如图1所示，包括上、下分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)、氧化限制孔、多量子阱有源区和欧姆接触电极。量子阱有源区位于n型掺杂和p型掺杂的DBR之间。DBR反射镜具有大于99％的反射率，由高低折射率介质或半导体材料交替外延生长而成，每层材料的光学厚度为激光波长的1/4。有源区的光学厚度为1/2(或(2k+1)*1/2)激光波长的整数倍，以满足谐振条件。通过P-contact向有源区注入电流并产生受激辐射的光子在DBR中往复被反射并谐振放大，从而形成激光。在三维的激光雷达系统和三维光学传感系统的发射端光源需要高功率的垂直腔面发射激光器，无论是对于激光雷达还是三维传感，较为主流的技术是采用飞行时间技术方向进行实现，这就对于激光雷达、三维传感系统中的光源提出较高的要求。因为VCSEL的功率、调制速率决定中激光雷达系统的测量距离以及分辨率，而VCSEL的调制速率主要由两方面的因素决定，①内部因素：电注入后VCSEL内部电子与光子相互作用的速率方程决定；②外部因素：外部限制因素主要是器件本身的RC寄生参数对于高频特性的影响，高速VCSEL进行光电调制时，器件基本一致，所以要提高VCSEL的调制速率需要降低其外部的RC电学寄生参数，以提高VCSEL的调制速率。